利用比重瓶和称量法测定原油含水率

王亚平, 解海龙, 李石林，董登峰, 侯海云

（1. 长庆油田分公司第一采油厂，陕西 延安 716000; 2. 长庆油田分公司第五采气厂，陕西 西安 710000；3. 西安工程大学 环境与化学工程学院，陕西 西安 710048）

分析测试

利用比重瓶和称量法测定原油含水率

王亚平1, 解海龙2, 李石林2，董登峰3, 侯海云3

（1. 长庆油田分公司第一采油厂，陕西 延安 716000; 2. 长庆油田分公司第五采气厂，陕西 西安 710000；3. 西安工程大学 环境与化学工程学院，陕西 西安 710048）

原油或油品含水率的精确测量对原油的生产开采、计量、储存和使用十分重要，目前有多种测量的方法和仪器，在使用中各有特点。导出了密度和含水率的关系原理，采用实验室常用的比重瓶和天平为测量装置，通过对空比重瓶、装满待测油样后的比重瓶的质量测定，即可得出待测油样的体积含水率。对两种油品的实验数据显示：油样中含水率在1%～99%间，含水率测量值和真实值在0.5%内一致。而且，含水率大、小,水、油乳化和分层对测量精度没有影响。并分析了实际误差大于方法误差的原因。

体积含水率; 比重瓶; 称量法

原油含水率是油田生产和油品运输、应用过程中的重要指标，在原油的开采，脱水、计量，集输，炼化、销售等各个环节有着重要的影响。所以，要求含水率的测量要尽量精确。目前有不同的方法和仪器可以实现原油含水率的取样或在线测量，但由于工艺和技术水平的原因，每种方法都有其自身的优、缺点。所以，原油含水率的测量也一直处于研究开发的重点阶段。目前，测量原油含水率的方式主要有人工测量和在线仪器检测两种[1-3]。人工测量方法主要有：蒸馏法[1-3]，该法主要针对低含水量的石油，虽然测量精度较高，但具体操作却费时、费力，一个样品的分析需要2 h的时间[2]; 电脱法[1-3]，该法易于操作，测量速度快，适于现场化验证，尤其是含水量高的油品。但也存在测量精度偏低(± 1%)的缺陷[2,3]；离心法[3]，该法适用于含有泥沙等沉淀物的油品含水测量，虽测量精确，但操作复杂，还涉及破乳剂和有一定毒性的甲苯[3]；卡尔.费休法[1-3],此法是一种精确的水分测量法，且不用考虑水滴的大小，能够测量出所有的水分。但需要消耗大量的卡尔.费休试剂。库伦卡尔.费休法则不需要消耗卡尔.费休试剂。在线仪器检测法主要有：密度法[1-3],射线法[1-3,4,5],电容式法[1-3,6-8],短波法[1-3,9,10]，微波法[1-3,11],射频法[1-3,12],红外光谱法[1,13,14],超生波法[1-3,15],等。

比重瓶是实验室中常用的、传统的精确测定液体密度的实验设备。本文利用比重瓶，结合质量称量，导出了油样含水量的表达式，并实验室模拟1%～99%含水率的油水体系用于测量，数据结果显示：测量误差在0.5%以内。本文的工作为油样含水

测量提供了一种新的、测量精确的、操作简单的、造价低廉的油样含水测量方法。

1 实验部分

1.1 实验原理

1.1.1 密度测定原理

结合式（1）、（2）得：

式中:ρw、ρo—为水、油的密度，g.cm-3;其中，水的密度通过文献查得。

V—比重瓶的容积，cm3;

m0—空比重瓶的质量，

m1、m2—比重瓶装满水、油后的质量，g。

一定温度下，只要称量出比重瓶装满油、水前后的质量，即可求得油的密度ρo。

1.1.2 比重瓶容积的标定

将式（1）变形为式（4），一定温度下，

称量m1、m0, 再将此温度下查得的水的密度ρw代入式（4），即可求得所用比重瓶的真实容积V。1.1.3 体积含水率测定原理

上式中：m—比重瓶装满待测油样后的质量， g;

mw、mo—比重瓶中水、油的质量，g;

h—油样的体积含水率。

一定的温度下，对一定油品，ρw、ρo分别为常数；比重瓶的容积V已标定，也为常数。所以，令,

则式（7）可写为式（10）：

即：对于特定的油品，只需称量比重瓶在装满油样前后的质量，就可以算出油样的体积含水率。

1.1.4 误差分析

对式（10）微分得：

其相对误差为：

所以，此法的测量误差主要来于质量的称量误差，与油品含水率大、小无关。同时，影响因素还有比重瓶的体积以及水、油的密度。若天平精度0.000 1 g,比重瓶容积10 cm3, ρw-ρo=0.001 g·cm-3,则dh= 0.01。油的密度与水的密度差异越大，dh值越小。所以，此方法的测量误差还是很小的。

1.2 实验仪器和试剂

10 cm3比重瓶(厦门润科化工科技有限公司)，经体积标定为10.38 cm3。SYP型玻璃恒温水浴(北京中西远大科技有限公司,精度0.01 K)。FAI004N型电子天平(上海民桥精密科学仪器有限公司,精度0.000 1 g). 胶头滴管，50 μL微型注射器(上海安亭微量进样仪器厂), 磨口锥形瓶，去离子水,30 ℃时电导率为2.5μS·cm-1，密度为0.995 647 g·cm-3[16].两种无水油品在30 ℃时的密度分别为0.7302 g·cm-3、0.831 3 g·cm-3。

1.3 实验操作

1.3.1 比重瓶容积标定

将比重瓶洗净、干燥后，用天平称其质量，记为m0=11.607 8 g。再先、后用滴管和注射器将水注入比重瓶，至瓶满。然后，将比重瓶放入30 ℃的恒温水浴中，恒温30 min后取出，用滤纸擦干净外壁的水，称量质量，记为m1=21.946 3 g。已知30 ℃时水的密度为0.995647 g·cm-3[16]。利用式（4），算出所用比重瓶的容积V=(m1-m0)/ρw=(21.946 3-11.6078)g/(0.995 647 g·cm-3) =10.38 cm3。

1.3.2 油密度测定

将比重瓶洗净、干燥后，先、后用滴管和注射器将待测油注入比重瓶，至瓶满。然后，将比重瓶放入30 ℃的恒温水浴中，恒温30 min后取出，用滤纸擦干净外壁的水，称量质量，记为m2。两种油对应的m2分别为：19.190 0 g, 20.239 8 g. 利用式（3），分别算出两种油的密度为：0.730 2 g·cm-3，0.831 3 g·cm-3。

1.3.3 油水混合样的配置和含水率测定

先根据10.38 cm3的比重瓶和油、水的密度，计算出配置一定含水率的油水混合待测样所需的水和油的体积和质量。再称量干净、干燥的比重瓶的质量，记为m0。按照前面计算的水、油的体积和质量，先后用滴管和注射器取水样注入比重瓶，并用天平称量水和比重瓶的质量，按照减量法得到所加水的质量，直至达到理论计算的质量。一般控制在实际加入质量和理论计算质量差异在0.003 g内。然后，再用滴管和注射器向比重瓶中加油，直至加满。若有油溢出，用滤纸将比重瓶外壁擦拭干净。之后，将装满油水的比重瓶置入30 ℃的恒温水浴中，恒温30 min后取出，擦干净外壁的水，称量质量，记为m。至此，一个待测样的配置和测量结束。倒出油水混合样，洗净比重瓶，干燥后再进行下一个样

的配置和测量。

1.4 结果与讨论

配置的油水混合样的实际体积含水率hs，列于表1中的第一列，再按照式（10）的原理式计算所配置的油水混合样的测量含水率hm，列于表1中的第六列，测量值和实际值的偏差Δh=hm-hs的值列于表1的第7列。从表1中Δh的值可以看出：在油水混合体系中体积含水率在1%～99%间，测量值与真实值的误差在0.5%内。

表1 油水体系的标准体积含水率hs、测量体积含水率hm、测量偏差Δh、及式（10）中的A、B、m0、mTable 1 The standard water content hs, measured water content hm, the difference Δh and A,B,m0, m of Eq.(10)

续表1。

按照式（11）计算的方法误差，对两种油品的油水混合物应分别是：0.000 3%、0.000 5%。显然，实际测量误差比理论计算的方法误差要大的多。这主要的原因可能是：（1）比重瓶在恒温水浴中后取出称量，虽然用滤纸擦干，但仍有部分残留，致使m值比实际大，导致测量产生正偏差；（2）在待测样配制中，本文采用的是先加水，再加油的顺序，直至比重瓶被充满。但这些操作是在室温下进行的，当比重瓶被放入30 ℃的恒温水浴中，恒温30 min后，油、水的密度都会比常温下要小，体积会增大，增大的体积会溢出，这部分溢出的主要是密度小的油。这种操作方式也将导致产生测量的正偏差。若室温稳定，整个测量在室温下进行，即可避免此两种系统偏差。测量精度将会提高。同时，若增加比重瓶的容积，方法精度和测量精度都会提高。

2 结 论

（1）利用比重瓶和天平，通过测量空比重瓶和装满待测油样后的比重瓶的质量，即可算出待测油样中的体积含水率。方法精度由天平精度决定。

（2）体积含水率在1%～99%间时，测量值和真实值在0.5%内相一致，且不受含水率大小、乳化、分层的影响。

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Determination of Water Content in
Crude Oil by Using Pycnometer and Weighing Method

WANG Ya-Ping1, XIE Hai-Long2, LI Shi-Lin2, DONG Deng-Feng3, HOU Hai-Yun3
（1. Changqing Oilfield Company the First Oil Production Plant , Shaanxi Yan’an 716000, China；2. Changqing Oilfield Company the Fifth Gas Production Plant, Shaanxi Xi’an 710000, China; 3. College of Environmental and Chemical Engineering, Xi’an Polytechnic University, Shaanxi Xi’an 710048, China）

Accurate measurement of water content in crude oil and oil product is very important in oil production, measurement, storage and usage. There are so many methods and instruments for measuring water content, in which, every method and instrument has its own characteristic. In this paper, the relation between the water content and density of the oil sample was derived and used as measurement principle; common inexpensive pycnometer and the balance were used to measure the water content of oil sample. The mass of the pycnometer full filled with oil sample was determined by the balance. Then the water content can be calculated by the derived equation. The experimental data show that the measurement errors are almost within 0.5% for the oil samples with water content of 1%～99%. Furthermore, the precision of measurement is not affected by water content, emulsification and phasesplitting between water and oil. Finally，the methodic error and experimental error were discussed.

Volumetric water content; Pycnometer; Weighing method

TE 622.1

： A

： 1671-0460（2014）01-0076-04

2013-06-13

王亚平（1964-），男，甘肃天山人，工程师，研究方向：石油工程和地面建设。E-mail：wypl-cq@petrochina.com.cn。

侯海云（1977-），女，副教授，博士，溶液化学。E-mail：houhaiyun77@126.com。